智能建筑优化设计综合评价指标体系的研究

本文从建筑优化设计的角度出发,应用层次分析法(AHP)构建了智能建筑优化设计综合评价指标体系,在国内外为首次大胆的探索,可供智能大厦设计方案选优时作为参考。

1 前言

当前,人类已迈步进入知识经济时代,为了适应社会信息化与经济全球化的需要,智能建筑(主要指智能办公大楼或称“智能大厦”)作为现代高技术的结晶和全球信息高速公路网的节点,将对新世纪经济发展起到不可估量的作用[1]。智能建筑在我国虽起步较晚,但随着加入WTO,我国经济开始进入国际经济的大循环,将跨上以金融、贸易、信息业为经济结构主体的新台阶,它也必将成为我国经济高速增长的基础设施之一。因此,应将智能大厦建设作为和住宅建设同等重要的建筑业新的增长点来看待,这既是对我国建筑业的挑战,更是建筑业发展的重要机遇。

迄今为止,国内外对智能建筑的评价还停留在仅仅评价“3A”(即办公室自动化OA;建筑自动化BA;先进的通讯系统AT)或“4C”(计算机技术;控制技术;通信技术;图形显示技术)的优劣程度上,而从建筑设计的角度来评价智能建筑目前还只能查阅到若干零散的叙述[2]。实际上,建筑的智能化必然要求相应的建筑设计与之相适应,而建筑环境也必须支撑大楼的智能化。由于楼内大量使用计算机、网络通信设备以及其它各种自动化高技术设施,因此提出了一系列不同于传统常规建筑设计的新要求。时代迫切呼唤实现智能建筑的优化设计,即在我国有限的资源条件下,以最低的成本,创造高效率、安全、宜人的智能化工作场所,并解决好智能建筑开发与社会、生态环境之间的最优适应和协调发展问题,于错综复杂的多元化可变因素条件下,找到“满意”的设计方案。[3]

根据现代设计法的理论与工程实践经验,建立科学的、全面的综合评价指标体系是方案优化设计最关键的环节,它的应用贯穿于系统分析、设计的全过程中,是系统分析阶段寻求方案的“非劣解集”与系统设计阶段最后选出最优方案的依据[4]。作者在对国内外智能大楼进行大量调研和应用优化设计方法的基础上,大胆探索,构建了“智能建筑优化设计综合评价指标体系。”

2 智能建筑优化设计综合评价指标体系的AHP模型

AHP(层次分析法)是美国T.L.Saaty教授于20世纪70年代首先提出的一种定性与定量相结合的决策方法,它把复杂问题分解为若干有序层次,并根据对一定客观事实的判断,就每一层次的相对重要性给予定量表示,利用数学方法确定出表达每一层次的全部元素相对重要性次序的数值,并通过对各层次的分析导出对整个问题的分析。[5]

我们利用AHP模型表达“智能建筑优化设计综合评价指标体系”。整个模型共分四层,即总目标层(A),准则层(B),标准层(C),基本指标层(D)。层次迭代框架图见附图。总目标层(A):智能建筑优化设计方案综合评价。这种评价是全面的综合评价,是定性与定量结合的评价。

准则层(B):分为B1:经济;B2:技术;B3:环境。此三项评价准则的统一考虑能全面反映被评价对象的主要设计指标的优劣程度。

标准层(C):包含了9项评价因素。其中C1:全寿命费用。下辖D1、D2二个基本指标,包含智能建筑初建时的一次性投资以及建筑生命期内的运行、维护、改造等费用。C2:资源利用。下辖D3～D75个指标,系根据可持续发展概念,以“配合应用”概念取代过去的“消费环境资源”概念。C3:结构与构造。针对智能大厦对建筑环境的特殊要求,从而在结构、构造方面表现出与传统建筑大为不同的设计特点,下辖D8～D103个指标。C4:室内空间。从“以人为本”的理念出发,要求符合人的生理、心理健康,形成既是高工作效率,又是舒适、亲切的工作环境。下辖D11～D155个指标。C5:安全功能。智能建筑线路多、管井多,诱发灾害的机会大大地多于一般建筑,因此对其安全性应特别注意。下辖D16、D17二个指标。C6:选址。为体现智能大厦“都市化”的特点,应选在交通便捷的新兴开发区中,周围的基础设施必须齐全,都市功能必须完备,且要考虑可持续发展的余地。下辖D18～D203个指标。C7:室外环境。主要涉及结合当地地形、地貌及地域气候的合理建筑布局,有利于改善小气候的绿化体系,合适的“三废”处理等。下辖D21～D233个指标。C8:室内环境。智能大厦是智力劳动场所,要力求创造便利、舒适、保健、节能的室内环境,并使用户有亲近感,从而提高工作效率,实现设计的“生活化”。下辖D24～D263个指标。C9:人文景观,主要评价智能建筑是否融入地域以及代表企业形象的美学特征等。下辖D27～D293个指标。

D1:一次性建筑单位面积造价。包含了建筑物建成时的各项建筑费用(土建、绿化、市政公用设施、交通设施、物业管理等投资)折合的造价。

D2:建筑生命期运行、维护费用。指全寿命期间保证智能建筑各项功能要求的日常运行、维护、修理、更新、改造直至最后拆除的费用。

D3:建筑规模。一座智能大厦有最基本的设备和占有一定的面积、空间,规模大小将直接影响投资效益。美国的一份报告上提出,规模在20000m2以上的建筑考虑智能功能,从经济效益的角度上看才较为合理,相反则不很经济[6]。

D4:节地。在我国人均耕地面积仅为世界平均水平的1/3情况下,必须强调提高土地利用率,选择对应风土特色又不影响智能功能的节地建筑形式。

D5:节能。在规划方面要注意朝向以取得最佳日照,可能场合下尽量利用自然光;充分利用太阳能供热;建筑构造要利用热工性能优良的材料组成复合墙体和层面;节水技术的运用和控制、管理措施等。

D6:与当地地理、气候条件的适应性。我国幅员辽阔,南北、东西差异客观存在,建筑设计能否与当地地理、气候条件相适应将直接影响到节地、节能与舒适性等各方面。

D7:建筑材料。尽量使用当地的自然材料及当地建筑产品,避免生产、建造、运输过程中的能源消耗及污染并可降低成本;使用耐久性强的建筑材料,且便于对建筑保养、修缮、更新的设计,以实现建筑的长寿命化;使用对人体健康无害的建筑装饰材料。

D8:结构型式。智能大厦的管线多,占用空间大,如采用梁板体系,梁高部分的空间难以利用,势必要加大层高,如采用厚板体系,其板下的空间可以充分利用,节约了空间,降低了层高,尽管单从结构指标来说不很经济,但综合考虑下来不一定不经济;另外建筑结构应有利于空间的重新分隔,从而为智能化的扩充、更新提供较好的灵活性等。

D9:柱网尺寸。要求寻找一个结构上既合理可行,使用上又具有一定的灵活性的尺寸。例如9m柱网,从结构上讲实现不很困难,仍可采用预应力厚板体系,从使用上讲9m的开间不算小,有一定的灵活性。

D10:合理的地面、墙面、天花板构造设计。建筑物作为智能功能设备的载体,主要通过地面、墙面、天花板的构造来实现,应评价是否选择好合适建材,安排好诸多部件的位置,使得既美观又不影响使用,且便于维修以及防水、吸音率好等。

D11:层高。由于众多电缆线和管线要到位,智能大厦要有架空地板或吊顶空间,同时又应保证一定的净高,以免对人造成压抑感。如保证办公区有2.6～2.7m的净高,局部如走道部分有2.4m的净高等。因此一般来说,层高应达4～4.5m左右。

D12:功能分区合理性。指应安排好导入空间,通行和短暂停留空间、业务空间、决策空间、余暇空间、设备空间等功能性空间划分布局,以提高工作效率;尚需考虑智能大厦的独特要求,诸如噪音的声源、发热的设备、维修管理及保密等问题,应采取相应的处理措施和合理的平面布局,尽量减少对周围环境的影响和干扰。如尽量将发生噪音部分和发热量大的部分集中设置、单独处理等。

D13:平面面积分配合理性。标准层做成大空间开敞形式,由用户自行隔断和装修。人员密度一般可按平均每人占有10m2可出租面积(NLA)考虑,主要功能空间平面面积应无过大、过小现象,以适合人的心理健康。应合理利用周边区、中间区、内区、核心区,以提高建筑面积的有效利用率。

D14:系统家具配置合理性。作为智能大厦的办公家具已转化为“工作站”的概念。工作站主要由一组具有系统化、弹性化、功能化且符合人体工程学原理的家具组件(包括活动隔断)装配而成,它们相互依存,无法单一或个别使用。相同性质的工作站经由系统家具联结成一个工作群,不同的工作群再经由隐藏的网络整个联接起来,以执行一个共同的企业目标。其配置合理性是智能建筑特有的评价指标。

D15:空调方式。考虑到智能大厦室内的照明和设备发热量远高于一般办公楼,人员密度减少而设备增加等因素,近年来国外较多地采用冷辐射吊顶和冷辐射供冷形式;由于办公空间的平面布局经常调整,国外较多地采用了下送风或桌面送风空调形式以便于调节,由于使用时间不固定,可实现集中空调的个别化,以满足不同的使用需求。

D16:防火、防盗、防数据泄漏。主要评价监控及报警系统设备配置完善度,监控室是否方便消防、保安人员的出入及能否及时控制消防设备的起动等。

D17:防灾疏散空间。主要评价在一旦灾害发生时疏散通道及空间设计的合理性。

D18:交通便捷度。指智能大厦所在地段交通组织合理,人员出行及到达公共空间的交通便捷程度。

D19:基础设施完善度。周围的基础设施必须齐全,智能大厦可就近与已有基础设施衔接,减少市政设施连接长度。

D20:现有场地的利用。选择在对生态影响最小的地段上建造,与周边关系协调,考虑环境承载力(用地状况、性质、规模、人口密度等);充分考虑现有场地日照、风力、阴影等实际情况,进行合理的规划设计。

D21:建筑布局。充分利用原有地形、地貌,不破坏或少破坏自然景观;适当的日照间距,以充分利用太阳能和自然光照;个体与群体布局满足良好的通风和避免视线干扰;布局有利于灾害防御;污染源的下风原则。

D22:绿化体系。绿地配置合理,位置和面积适当;绿化布置与周边绿化体系形成系统化、网络化关系,通过绿化体系调节小气候。

D23:三废(废气、废水、废渣)处理。尽量实现废弃物的无害处理及再利用,例如:污水的再生利用;合理地安排废弃物收集装置及其位置、间距等。

D24:视觉环境。处理好水平和垂直面的最佳照度;处理好亮度和闪烁的关系;推荐间接照明与局部照明相结合的方式;色彩不宜过分强烈;室内设计优雅得体,无视觉污染。

D25:防噪音措施。主要评价声源控制、声音传播途径的控制,用装饰材料降低噪音等措施的得力程度。

D26:室内卫生环境。使用对人体健康无害的建筑装饰材料,减少VOC(挥发性有机化合物)的含量;对危害人体健康的有害辐射、电波、气体等的有效抑制;室内空气质量要符合健康标准;有适当的湿度;防止室内噪光污染等。

D27:与当地规划协调。充分考虑建筑与所在地段已有或规划中的轮廓线、街道尺度和谐一致。D28:形式美。即评价外形的美观性,包括均衡与稳定、对比与微差,统一与变化、韵律感等。D29:移情与气质。包括温雅亲切、宁静朴素、时代感、民族与地方风格等。

3 本模型使用的途径

上面我们构建了“智能建筑优化设计综合评价指标体系”的AHP模型,只要通过调研、计算、征求专家意见等综合后,即可得到各层次因素间两两相比数值的“判断矩阵”(采用9级定标法),然后应用已有的AHP程序上机解算,即可得到各层因素相对于总目标的相对重要性量度———“权重”值。由于我国幅员辽阔,各地区经济、文化发展水平差异较大以及历史传统、地理气候、人文民俗也大相径庭,若使用本模型制定全国统一、通用的设计指标“权重值”体系,则因不切合实际而无实用价值。因此可先通过对有关城市的经济、文化发展水平以及历史人文、地理气候等重要特征进行抽象,根据其区别或相似程度,利用聚类方法及程序,在计算机上解算,将它们划分成若干类,然后针对每类城市(有不同的“判断矩阵”数据)计算出各基本设计指标的权重值,存贮在数据库中备用。而具体评价属于哪一类城市的智能建筑设计方案(也可对已建成的智能大厦进行评价)时,可随时调出有关的权重值体系,结合待评价对象各基本设计指标的“评价值”(得分),利用改进的Topｓiｓ评价方法及程序[7]或ELECTRE多因素决策方法及程序[8]上机解算,即可直观地评定出设计方案(或已建成智能大厦)的优劣程度,最终得到“最优”设计方案。当然,在上述过程中,可根据综合评价的结果多次进行反馈、循环,对设计方案进行修改,直到“满意”为止。

[参考文献]

[1] 龙惟定.智能化大楼:对建筑业的挑战[J].建筑学报,1997,(2).

[2] 北京金创杂志社.中国智能建筑文集.第二卷[M].北京:气象出版社,2000.11.

[3] 刘士铎,刘启波.基本建设优化学与可持续发展[J].基建优化,1996,(3).

[4] 戚昌志.设计学[M].北京:中国建筑工业出版社,1991.

[5] T.L.萨蒂著,许树柏等译.层次分析法[M].北京:煤炭工业出版社,1988.

[6] 周庆琳.智能大厦的建筑设计[J].建筑学报,1999,(9).

[7] 刘启波,刘士铎.改进的Topｓiｓ方法在绿色建筑综合评价中的应用[J].基建优化,2001,(5)

[8] 刘士铎.ELECTRE多因素决策方法及程序在建筑方案选优中的应用[J].基建优化,1989,(6).